Nature技术创新：首个检测单分子质量设备

　　

生物通报道：美国加州理工学院领导的研究小组完成了首个可以测量单个分子质量的机械装置。研究人员称，这种新技术将能最终用于诊断疾病，帮助生物学家探索病毒与细胞的分子机制，甚至可以用于更好地检测纳米粒子和空气污染。

该研究团队包括在加州理工学院的Kavli纳米科学研究所，以及法国CEA研究所等处的研究人员，这项技术，包括CEA-LETI纳米器件设备等相关内容，公布在8月26日的 Nature Nanotechnology 杂志在线版本上。

这一设备大小仅一米的百万分之二那么大，是由一个小型的，振动的桥状结构组成。当一个粒子或分子经过这座“桥梁”，其质量变化引起的振荡频率就能揭示了粒子的重量多少。

“每个粒子经过时，我们就能测量它的质量”，Michael Roukes教授说，“之前没有人实现过这个。”

这一新仪器是基于过去12年中，Roukes和他的同事研发的一种新技术，在2009年发表的一篇文章中，他们发现，一种桥状装置，称为纳机电系统（nanoelectromechanical system ，NEMS）的谐振器，可以测量散布在设备里的单个粒子。然而，麻烦的是所测得的频率转变不仅取决于粒子的实际质量，而且也与颗粒降落在哪里有关。不知道粒子的着陆点，研究人员不得不分析检测500个相同微粒，以确定其质量。

但利用这一最新的改进技术，科学家们只需对一个微粒进行测量。 “在这项工作中我们取得的关键进步是，这一设备能让我们对进入的一个接一个的分子称重，”Roukes说。

为了能实现这一点，研究人员分析了粒子如何将桥的振动频率转向的方式，所有的摆动是由振动模式实现的。研究组发现通过分析频率变化的两种模式，能确定粒子的质量和位置，文章的第一作者Mehmet Selim Hanay博士解释道，“每一次测量中我们可以判断粒子的质量，这是之前不可能实现的。”

传统检测分子质量的方法，是利用质谱测定方法，这种方法将数百万​​分子电离，使其获得一个电荷，然后通过电磁场交互作用，这样分析它们之间的相互作用，科学家们可以推断出分子的质量。

这种方法的问题在于，对于大质量的粒子，如蛋白质或病毒，这种方法不管用，因为它们更难获得一个电荷。因此它们电磁作用太弱，仪器无法精确的测量。

而这一新设备，相反却能很好的检测大颗粒的质量。研究人员说，事实上，这一设备可以与现有商业仪器整合在一起，扩充仪器功能，用于检测更广泛的分子质量。

为了证明这一设备的可行性，研究人员称量免疫球蛋白M（IgM）的质量，这是一种由体内免疫细胞生成的抗体。研究人员检测了每个分子的质量——这些分子在体内具有不同的结构，不同的质量，研究人员能够计算并确定不同类型的IgM抗体的质量。

这不仅是首次采用纳米机械装置称量生物分子，而且也证明了这个设备可以用于医学领域，未来还可以用于监测病人的免疫系统，甚至诊断免疫性疾病。

（生物通：万纹）

原文标题：

Single-protein nanomechanical mass spectrometry in real time